Использование электронной адгезии
Общий вид робота, который использует механизм электроадгезии, приведен на рисунке 1.9.
Принцип основан на использовании так называемых адгезионных явлений (адгезия – склеивание, прилипание). Точнее, на одной из разновидностей таких явлений – электроадгезии. Источник электропитания, батарейка, помещен в тело робота и выполняет несколько функций. Прижимает устройство к стене, создавая противоположные заряды на стене и на корпусе робота, и обеспечивает работу моторчика – движителя. Затраты энергии минимальны, микроватты. Скорость передвижения – до 0,25 м/с, способен передвигаться по грязным и запыленным поверхностям.
Рисунок 1.9 – Общий вид робота, использующего электроадгезию
SRI: робот – стенолаз «липкая лента».
Ученые из SRI International выяснили, как сделать полиэтиленовую пленку, которая может держаться за стены, используя для этого малые электрические токи, и легко сползать по ним, когда ток выключен.
Недавний проект SRI направлен на использование пленки для удержания раздвижных лестниц на стенах, чтобы они не падали, при подъеме по ним. Если обернуть пленку вокруг пары роликов, наподобие танковых гусениц, то получится робот-стенолаз.
Таблица 1.5 – параметры робота-стенолаза
Габаритный размеры, мм |
460 х 600 |
Масса, кг |
1,8 |
Робот управляется радиосигналами от обычного игрового контроллера. И он довольно липкий, даже на неровных поверхностях.
Эта технология была разработана в 2008 году ученым НИИ Харша Прахлад (Harsha Prahlad). Он видит в ней потенциально полезное изобретение, которое можно использовать для создания роботов-альпинистов, способных подниматься на стены, куда люди не могут просто добраться.
Другой областью применения может стать погрузо-разгрузочные системы на складах: манипуляторы с “электролипкой” платформой могли бы использовать его для того, чтобы переносить предметы, доставлять их на место хранения или устанавливать на конвейерные ленты или в коробки.
Роботы, имитирующие животный мир
Робот на «ящеричном ходу» Timeless Belt Climbing Platform
Создан первый робот, свободно ползающий по потолкам и стенам. На создание устройства канадских инженеров вдохновила ящерица – геккон (рисунок 1.10).
Рисунок 1.10 – Лапа ящерицы – геккона
Исследовательская группа из Университета им. Саймона Фрейзера (Британская Колумбия, Канада) сконструировала гусеничного робота, способного передвигаться по вертикальным поверхностям и потолкам [3].
Свободно ползать по стенам и потолкам гусеничному роботу позволяет специальный материал, имитирующий поверхность лапок гекконов – мелких хищных ящериц.
Решение, подсмотренное конструкторами у природы, является хорошей альтернативой магнитам, присоскам и микрокрючкам, которые использовались до этого в конструкции вертикально ползающих роботов. И, хотя оно не позволяет роботу удерживаться на очень гладких поверхностях, таких как скользкий пластик или чистое стекло, это первый успешный опыт имитации лап гекконов, на которые давно уже засматриваются материаловеды и роботехники.
Помимо изящества главного конструктивного решения – способа прилипать к вертикальной поверхности – другим преимуществом робота является гусеничный ход.
В отличие от шагающих роботов гусеничные платформы более просты в исполнении и проще масштабируются: чтобы получить более крупного или грузоподъемного робота, достаточно удлинить гусеничную ленту или сделать ее шире [3].
Рисунок 1.11 - Timeless Belt Climbing Platform
Первый, свободно ползающий по стенам робот получил название Вертикально передвигающей платформы на гусеничном ходу, или TBCP-II (Timeless Belt Climbing Platform), представлен на рисунке 1.11.
Таблица 1.6 – Параметры Timeless Belt Climbing Platform
Масса, кг |
0,24 |
Скорость передвижения, мм/с |
34 |
Робот может заползать на вертикальную поверхность, преодолевая как внутренние, так и наружные углы. Помимо этого TBCP-II может похвастаться элементами искусственного интеллекта, встроенными в его процессор: робот снабжен сенсорами, позволяющими ориентироваться в пространстве, распознавать препятствия и самостоятельно прокладывать курс. Емкости его аккумулятора достаточно, чтобы преодолевать довольно большие расстояния, однако конструкторы обещают сделать робота полностью энергонезависимым. Однако решающим прорывом, позволившим создать первого вертикально ползающего робота, является биомиметик – материал, из которого сделаны его гусеницы, имитирующие поверхностную структуру лапок геккона.
Благодаря микроскопическим волокнам на лапах эта мелкая ящерица может носиться по стенам и прилипать к потолку, подкарауливая добычу. Столь замечательной способностью гекконы обязаны ван-дер-ваальсовым взаимодействиям – очень слабым притягивающим силам, возникающим между электрически нейтральными молекулами.
Фибриллы (мельчайшие волокна, усеивающие кожу лап геккона и прилипающие к поверхности благодаря эффекту, открытому Яном Ван-дер-Ваальсом еще в 1873 году) конструкторы решили повторить с помощью микроскопических отростков грибообразной формы, каждый 10 мк в высоту и 17 в ширину, сделанных из специального пластика – полидиметилсилоксана (PDMS).
Ван – дер – ваальсовы силы, притягивающие «шляпку» такого отростка к молекулам поверхности, очень слабые, но в сумме их оказывается достаточно, чтобы гусеница робота надежно прилипла к стене или потолку.
Чем плотней усеяна гусеница такими отростками, тем лучше она прилипает к поверхности, что открывает простор для дальнейшего совершенствования материала и создания более «липучих» роботов. Возможно, именно из-за недостаточной плотности микроотростков робот, в отличие от шустрой ящерицы, пока что не умеет прилипать к стеклам.